駕駛?cè)说鸟{駛行為對車輛運行安全性有著重要的影響。隨著電子、計算機(jī)、傳感器、三維仿真等新技術(shù)的不斷發(fā)展和涌現(xiàn)，國內(nèi)外逐漸采用汽車駕駛模擬器作為駕駛行為的研究平臺。駕駛模擬器所具有的真實的人車交互操作界面。重復(fù)可控的試驗工況和安全可靠的極限工況等特點，為駕駛行為的研究提供了一個良好的試驗平臺。


駕駛模擬器利用各種傳感器采集駕駛?cè)说南嚓P(guān)操作行為數(shù)據(jù)，以便對駕駛行為進(jìn)行分析。具有表征意義的駕駛行為通常為駕駛?cè)藢Ψ较虮P的轉(zhuǎn)向操作，以及對制動踏板、加速踏板和離合踏板的加減速操作。駕駛模擬器對制動踏板操作的數(shù)據(jù)采集，通常采用拉線式位移傳感器或旋轉(zhuǎn)式編碼器采集制動踏板行程。

上述傳感器雖然測量精度較高，但是價格較貴，系統(tǒng)成本增加。另外，由于拉線式位移傳感器的體積較大，在駕駛模擬器的狹小空間內(nèi)安裝具有一定的難度。針對制動踏板行程的測量問題，本文采用霍爾開關(guān)與單片機(jī)相結(jié)合的方式，設(shè)計了一種制動踏板行程測量系統(tǒng)。


系統(tǒng)組成

制動踏板行程測量系統(tǒng)主要由行程采集模塊、相位鑒別模塊、信號處理模塊和數(shù)據(jù)發(fā)送模塊組成(圖1)。行程采集模塊將檢測到的制動踏板行程以電壓0~5V之間高低變化的數(shù)字脈沖的形式輸人到相位鑒別模塊，相位鑒別模塊根據(jù)脈沖相位區(qū)分出制動踏板下行脈沖和上行脈沖后輸人到信號處理模塊，信號處理模塊計算得到制動踏板行程后，將行程數(shù)據(jù)通過串口通訊協(xié)議RS232發(fā)送給上位機(jī)。

行程采集模塊主要利用霍爾效應(yīng)原理，對制動踏板行程進(jìn)行采集。霍爾效應(yīng)是指當(dāng)電流通過導(dǎo)體時，在電流的垂直方向施加外磁場。則在垂直于電流和磁場的方向上會產(chǎn)生電動勢。它就是根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，集成霍爾元件、放大器電路、溫度補(bǔ)償電路及穩(wěn)壓電源電路，從而方便地將所測量的磁輸人信號轉(zhuǎn)換成電動勢輸出的一種傳感器。它一般分為輸出模擬量的線性型霍爾和輸出數(shù)字量的開關(guān)型霍爾2種。線性型霍爾由雀爾元件、線性放大器和射極跟隨器組成。主要用于檢測電壓、電流等物理量。開關(guān)型霍爾開關(guān)由穩(wěn)壓電路、霍爾元件、差分放大器、施密特觸發(fā)器和OC門輸出級組成，主要用于檢測轉(zhuǎn)速、位移和角度等物理量。由于本系統(tǒng)所測量的物理量為制動踏板行程，所以采用2個開關(guān)型霍爾開關(guān)HX3144，配合中心線。上等間距布置有7個小磁塊的條形磁盤組成行程采集模塊，測量制動踏板的行程。


采用行程采集模塊對制動踏板行程進(jìn)行檢測時，需要條形磁盤相對與它進(jìn)行直線運動，而制動踏板運動時是繞著踏板軸轉(zhuǎn)動的，因此，需要將制動踏板的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線位移運動，以便于行程采集模塊的安裝和檢測。根據(jù)機(jī)械設(shè)計中的平面連桿機(jī)構(gòu)原理，在制動踏板原有的機(jī)械結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上設(shè)計了運動轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)如下頁圖3所示。圖3中實線部分和虛線部分分別為制動踏板未踩下和踩到底時的位置。

按照圖3，將條形磁盤固定于制動踏板的延長臂上則制動踏板旋轉(zhuǎn)運動時的行程等價于條形磁盤上下移動的位移量；將并排固定有2個HX3144霍爾開關(guān)的電路板安裝在機(jī)架上，傳感器的安裝如下頁圖4所示。


在條形磁盤的中心線上等間距的嵌有7個直徑為4 mm的小磁塊，并列安裝的A。B這2個貼片的HX3144霍爾開關(guān)的電路板正對著固定在機(jī)架上，兩者之間的間距為5 mm。由于霍爾芯片只對一個方向的磁場敏感，且HX3144的正面對磁場的S極敏感反面對N極敏感，因此在固定傳感器時，將2個HX3144的正面對準(zhǔn)磁塊的S極。當(dāng)踩動制動踏板時，延長臂上的條形磁盤也隨之上下移動，而固定于機(jī)架上面的霍爾開關(guān)不能移動。則傳感器間斷地感應(yīng)到磁場而產(chǎn)生電平高低變化的脈沖信號。